JP2008087185A - レンズアレイ、露光装置、画像形成装置及びｌｅｄヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】開口を容易に、かつ、レンズの位置に合わせて正確に形成することができるようにする。
【解決手段】光軸に対して直角の方向に並べて配設された複数のレンズから成り、光軸を一致させて配設された複数のレンズ対と、各レンズ対の間に配設された遮光部５３とを有する。遮光部５３は、所定の方向において、少なくとも二つに分割して形成される。この場合、遮光部５３は、所定の方向において、少なくとも二つに分割して形成されるので、加工が容易になり、開口を容易に、かつ、レンズの位置に合わせて正確に形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズアレイ、露光装置、画像形成装置及びＬＥＤヘッドに関するものである。

従来、プリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置、例えば、プリンタのうち、複数のＬＥＤをアレイに配列したＬＥＤプリンタにおいては、発光部の光を感光体ドラム上に結像させるために、複数のロッドレンズをアレイに配列したレンズアレイが用いられる。

前記ロッドレンズは、ガラスファイバーにイオンを含浸させ、中央部から周辺部に向かって屈折率が低下するようにしたものであり、物体の正立等倍像を形成する光学素子である。そして、前記ロッドレンズを複数のアレイに配列したレンズアレイは、物体の結像像をライン状に形成する光学系として使用される。

また、複数の小さなレンズ、すなわち、マイクロレンズを光軸方向に焦点距離に応じた間隔を置いてアレイに配列させたレンズアレイが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２２１４４５号公報

しかしながら、前記従来のレンズアレイにおいては、隣接するマイクロレンズからの光線が入射されないように遮光部を配設する必要があり、遮光部の開口を、マイクロレンズの配列間隔に対応させて形成しなければならず、配列間隔が小さい場合には、開口を形成することが困難になるだけでなく、開口の配列間隔の誤差を小さくすることも困難になる。その結果、開口をマイクロレンズの位置に合わせて正確に形成することが困難になってしまう。

本発明は、前記従来のレンズアレイの問題点を解決して、遮光部の開口を容易に、かつ、レンズの位置に合わせて正確に形成することができるようにしたレンズアレイ、露光装置、画像形成装置及びＬＥＤヘッドを提供することを目的とする。

そのために、本発明のレンズアレイにおいては、光軸に対して直角の方向に並べて配設された複数のレンズから成り、光軸を一致させて配設された複数のレンズ対と、該各レンズ対の間に配設された遮光部とを有する。

そして、該遮光部は、所定の方向において、少なくとも二つに分割して形成される。

本発明によれば、レンズアレイにおいては、光軸に対して直角の方向に並べて配設された複数のレンズから成り、光軸を一致させて配設された複数のレンズ対と、該各レンズ対の間に配設された遮光部とを有する。

そして、該遮光部は、所定の方向において、少なくとも二つに分割して形成される。

この場合、遮光部は、所定の方向において、少なくとも二つに分割して形成されるので、加工が容易になり、開口を容易に、かつ、レンズの位置に合わせて正確に形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概念図である。

図において、１０はプリンタの本体、すなわち、装置本体であり、該装置本体１０内には、ほぼ「Ｓ」字状の形状を有し、媒体としての図示されない用紙を搬送するための搬送路２５が配設され、該搬送路２５に搬送ローラ２６〜２９が配設される。また、前記搬送路２５に沿って、各色の現像剤像としてのトナー像を形成するための画像形成ユニット（ＩＤユニット）Ｂｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃが配設され、該各画像形成ユニットＢｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃより下方には、用紙を搬送するとともに、前記各トナー像を用紙に転写するための転写ユニット３４が配設され、各画像形成ユニットＢｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃと転写ユニット３４との間に前記搬送路２５が形成される。なお、前記転写ユニット３４によってベルト駆動ユニットが構成される。

また、装置本体１０には、像担持体としての感光体ドラム１１と対向させて露光装置としての、かつ、記録ヘッドとしてのＬＥＤヘッド２３が配設される。そして、前記転写ユニット３４の下流側には、転写されたトナー像を用紙に定着させるための定着ユニット３５が配設される。

各画像形成ユニットＢｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃにおいて、前記感光体ドラム１１は、所定の回転速度で回転し、表面に電荷を蓄えることができ、前記ＬＥＤヘッド２３による露光によって表面の電荷が除去されると、潜像としての図示されない静電潜像が形成される。前記感光体ドラム１１に、帯電装置としての帯電ローラ１２が一定の圧力で接触させられ、該帯電ローラ１２は、感光体ドラム１１と反対方向に回転させられ、感光体ドラム１１の表面に所定の電圧を印加する。

また、４５は、前記感光体ドラム１１に隣接させて配設され、静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器であり、該現像器４５は、感光体ドラム１１に現像剤としてのトナーを付着させる現像剤担持体としての現像ローラ１６、該現像ローラ１６上のトナーの厚さを規制する規制部材としての図示されない現像ブレード、現像ローラ１６にトナーを供給する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ１８等を備える。前記現像ローラ１６は、感光体ドラム１１に一定の圧力で接触させられ、感光体ドラム１１と反対方向に回転させられ、トナー供給ローラ１８は、現像ローラ１６に一定の圧力で接触させられ、現像ローラ１６と同じ方向に回転させられる。

前記感光体ドラム１１、帯電ローラ１２、現像器４５等は、画像形成ユニット本体を構成する筐体２０内に収容され、該筐体２０の上方には、トナーを収容する現像剤収容部としてのトナーカートリッジ１５が筐体２０に対して着脱自在に配設される。

前記転写ユニット３４は、走行自在に配設された転写ベルト２１、及び各感光体ドラム１１と対向させて配設された転写部材としての転写ローラ２２を備える。前記転写ベルト２１及び転写ローラ２２は、図示されない電源によって所定の電圧が印加され、感光体ドラム１１上の各トナー像を用紙に転写する。

また、３８はロワフレーム、４０は、該ロワフレーム３８に対して揺動自在に配設され、排出された用紙を積載するためのスタッカ３１を備えたアッパフレームである。そして、前記転写ユニット３４より下方において、搬送路２５の端部に、用紙を収容する媒体収容部としての給紙カセット３０が配設され、該給紙カセット３０に、用紙を繰り出す繰出部３２が配設される。

次に、前記構成のプリンタの動作について説明する。

前記各画像形成ユニットＢｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃにおいて、帯電ローラ１２は感光体ドラム１１の表面を、一様に、かつ、均一に帯電させ、ＬＥＤヘッド２３は感光体ドラム１１の表面を露光して、静電潜像を形成する。続いて、現像器４５は、静電潜像を現像して各色のトナー像を形成する。

一方、繰出部３２によって繰り出された用紙は、搬送ローラ２６、２７によって搬送され、静電効果によって転写ベルト２１に付着させられ、該転写ベルト２１の走行に伴って、各画像形成ユニットＢｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃと転写ユニット３４との間を搬送され、その間に、各色のトナー像が重ねて転写され、カラーのトナー像が形成される。その後、用紙は、定着ユニット３５を通過し、カラーのトナー像が定着させられ、カラーの画像が形成される。続いて、用紙は、搬送ローラ２８、２９によって更に搬送され、スタッカ３１に排出される。

前記プリンタには、図示されない外部装置と通信を行い、印刷データを受信する図示されない外部インタフェースが配設され、該外部インタフェースから印刷データを受信し、プリンタ全体の制御を行う図示されない制御部が配設される。

次に、前記ＬＥＤヘッド２３について説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの断面図である。

図に示されるように、ＬＥＤヘッド２３にはレンズアレイ５０が配設され、該レンズアレイ５０は、保持部材４６によって支持体２３ａに固定される。

また、１１は感光体ドラム、４１は前記ＬＥＤヘッド２３の発光部であり、該発光部４１には発光素子としてのＬＥＤ素子が複数、本実施の形態においては、１〔インチ〕（約２．５〔ｃｍ〕）当たり６００個、直線状に等間隔で配設される。なお、図示されない遮光部材が発光部４１とレンズアレイ５０との間に配設される。

また、４２は前記発光部４１のＬＥＤ素子の発光を制御するドライバＩＣであり、前記発光部４１及びドライバＩＣ４２は、配線基板４４上に配設され、互いにワイヤ４３によって結線される。

次に、前記構成のＬＥＤヘッド２３の動作について説明する。

まず、前記制御部は、印刷データに基づいてＬＥＤヘッド２３においての制御信号を発生させ、ドライバＩＣ４２に送ると、該ドライバＩＣ４２は、制御信号に従って所定の光量で前記発光部４１の各ＬＥＤ素子を発光させる。そして、該ＬＥＤ素子からの光線は、レンズアレイ５０に入射され、該レンズアレイ５０を通過して感光体ドラム１１上で結像され、発光部４１の結像像が感光体ドラム１１上に形成される。

次に、前記レンズアレイ５０について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図、図４は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの部分断面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す平面図、図７は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す断面図である。

図に示されるように、レンズアレイ５０は、二つのレンズ板５１ａ、５１ｂ、及びレンズ板５１ａ、５１ｂ間に配設され、光線を遮断する材料から成り、かつ、複数の光透過部としての開口５３ｃが形成された遮光部材としての遮光部５３を備える。また、本実施の形態においては、レンズ板５１ａ、５１ｂの幅方向の中央に、複数の２列の半径ｒ_L のマイクロレンズ５２が光軸に対して直角の方向にほぼ直線状に並べられ、千鳥状に、かつ、レンズ板５１ａ、５１ｂと一体に形成される。前記マイクロレンズ５２は、光軸に対して直角の方向に並べて配設された複数のレンズから成り、光軸を一致させて配設された複数の、本実施の形態においては、一対のレンズとして使用され、レンズ対を構成する。前記遮光部５３は、レンズ対の間に配設される。また、前記マイクロレンズ５２は縮小倒立像を形成する光学系であり、レンズ対は正立等倍像を形成する光学系を構成する。

また、前記遮光部５３には、各マイクロレンズ５２と対応させて、光線を通すための開口５３ｃが形成され、マイクロレンズ５２の光軸と開口５３ｃの中心とがほぼ一致させられる。

そのために、前記遮光部５３は、所定の方向において、少なくとも二つに分割して形成される。すなわち、本実施の形態においては、マイクロレンズ５２の配列方向に対して直角の方向で、かつ、マイクロレンズ５２の光軸の方向に対して直角の方向であるレンズアレイ５０の幅方向において分割される。

そして、一方の縁に、各マイクロレンズ５２に対応させて複数の溝５３ｍが形成された二つの櫛形部材５３ａ、及び各櫛形部材５３ａ間に配設された仕切板５３ｂによって構成され、各櫛形部材５３ａと仕切板５３ｂとを合わせることによって、前記溝５３ｍが開口５３ｃになる。なお、前記櫛形部材５３ａ及び仕切板５３ｂは、光源の光線を遮光する材料によって形成される。また、前記櫛形部材５３ａの光軸方向の長さ（厚さ）、すなわち、遮光部光軸方向長さをｔとする。

前記溝５３ｍは、半径ｒ_A の円の一部を切り落とした形状を有する。すなわち、開口５３ｃは、円の中心から０．１〔ｍｍ〕離れた位置において、前記円の中心を通り、開口５３ｃの配列方向と平行な平面で切り落とした形状になる。

前記各レンズ板５１ａ、５１ｂの各マイクロレンズ５２間の配列間隔、及び遮光部５３の各開口５３ｃ間の配列間隔は、マイクロレンズ５２の配列方向と平行な方向において互いに等しくされ、前記各配列間隔（配列方向マイクロレンズ間隔）をＰ_Y とし、近接するマイクロレンズ５２間、すなわち、列間で隣接するマイクロレンズ５２の配列間隔（近接マイクロレンズ間隔）、及び近接する開口５３ｃ間、すなわち、列間で隣接する開口５３ｃの配列間隔をＰ_N としたとき、
Ｐ_Y ＞Ｐ_N
にされる。また、前記各レンズ板５１ａ、５１ｂのマイクロレンズ５２の列の中心線と前記各レンズ板５１ａ、５１ｂの幅方向の中心線との距離であるレンズ列−幅方向中心間距離をＰ_A とすると、レンズ列−幅方向中心間距離Ｐ_A を次の式（１）で表すことができる。

そして、前記遮光部５３は、二つの櫛形部材５３ａ間での溝５３ｍの中心間の間隔がＰ_Y ／２になるように配設される。

本実施の形態における効果を確認するために作成した実施例１のレンズアレイ５０において、レンズ板５１ａ、５１ｂとしてシクロオレフィン系樹脂である光学樹脂（日本ゼオン社製、商品名；ＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス）Ｅ４８Ｒ）を使用し、樹脂成形によって複数のマイクロレンズ５２をレンズ板５１ａ、５１ｂと一体に成形した。前記マイクロレンズ５２の配列間隔Ｐ_Y を１．２００〔ｍｍ〕とし、配列間隔Ｐ_N を１．０００〔ｍｍ〕とし、レンズ列−軸方向中心間距離Ｐ_A を０．４００〔ｍｍ〕とした。

また、実施例１のレンズアレイ５０においては、遮光部光軸方向長さｔを２．５〔ｍｍ〕とし、アルミニウム板金にワイヤカットによって溝５３ｍを形成し、黒色アルマイト処理によって無反射コーティング層を形成することにより遮光部５３を作成した。また、開口５３ｃの半径ｒ_A を０．４５〔ｍｍ〕とした。

実施例１のレンズアレイ５０は表１に示されるように構成される。

図８は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイと感光体ドラムとの関係を示す断面図である。

図に示されるように、Ｌ_O は、レンズアレイ５０と発光部４１との距離（物体面−レンズ面距離）であり、マイクロレンズ５２の外部曲面５２ａの頂点と発光部４１が配置される平面（物体面）との間の距離を表す。また、Ｌ_I は、前記レンズアレイ５０と感光体ドレム１１との距離（結像面−レンズ面距離）であり、マイクロレンズ５２の外部曲面５２ａの頂点と感光体ドラム１１が配置される平面（結像面）との間の距離を表す。そして、Ｌ_T はレンズ厚であり、該レンズ厚Ｌ_T は、外部曲面５２ａと内部曲面５２ｂとの間の距離を表し、Ｌ_S はレンズ面間距離であり、該レンズ面間距離Ｌ_S は、各内部曲面５２ｂ間の距離を表し、ＴＣは結像面−物体面距離であり、該結像面−物体面距離ＴＣは、感光体ドラム１１と発光部４１との間の距離を表す。さらに、ｒ_L はマイクロレンズ５２の半径（マイクロレンズ半径）、ｒ_A は開口５３ｃの半径（遮光板開口半径）である。

また、マイクロレンズ５２の各外部曲面５２ａ及び内部曲面５２ｂは、回転対称高次非球面であり、次の関数ｚ（ｒ）で表される。

関数ｚ（ｒ）は、マイクロレンズ５２の光軸に平行な方向を軸とし、半径方向の座標をｒとした回転座標系を示し、マイクロレンズ５２の各外部曲面５２ａ及び内部曲面５２ｂの頂点を原点とし、レンズアレイ５０の物体面から結像面に向かう方向を正の数で表す。なお、Ｃは曲率半径（外部曲面曲率半径Ｃ_O 、内部曲面曲率半径Ｃ_I ）を、Ａは非球面係数４次（外部曲面非球面係数４次Ａ_O 、内部曲面非球面係数４次Ａ_I ）の係数を、Ｂは非球面係数６次（外部曲面非球面係数６次Ｂ_O 、内部曲面非球面係数６次Ｂ_I ）の係数を示す。

本実施の形態においては、前記レンズ板５１ａ、５１ｂには複数の前記マイクロレンズ５２が一体に形成されるが、マイクロレンズ５２を個々に作成し、所定の配列間隔Ｐ_Y 、Ｐ_N で固定してもよい。

また、本実施の形態においては、各外部曲面５２ａ及び内部曲面５２ｂを回転対称の高次の非球面で形成するようになっているが、球面で形成することができる。さらに、各外部曲面５２ａ及び内部曲面５２ｂを、放物面、楕円面、双曲面等のコーニック面、光軸に垂直な各方向に非対称なトロイド面、シリンダ面等で形成したり、公知の自由曲面で形成したりすることができる。

本実施の形態において、各外部曲面５２ａ及び内部曲面５２ｂは、非球面にされ、球面にされるマイクロレンズ５２より収差が小さくされるので、解像度を高くすることができる。また、本実施の形態において、各外部曲面５２ａ及び内部曲面５２ｂは、回転対称の形状にされるので、非回転対称の形状にされる場合と比べて形状を簡素化することができる。

さらに、本実施の形態において、前記マイクロレンズ５２は、二つの屈折面（曲面）を備えた単レンズから成るが、複数の単レンズを組み合わせ、四つ以上の屈折面を備えた複合レンズによって形成することができる。

また、前記マイクロレンズ５２は、光源の光線を透過する均一な屈折率を有する透明材料に所定の曲面を形成することによって構成されるが、所定の屈折率分布を有する屈折率分布型レンズ、光ファイバ等で形成することができる。

そして、遮光部５３の素材はアルミニウム板金に限定されることはない。また、遮光部５３の加工方法もワイヤカットに限定されることはなく、公知のエッチング処理によって加工することができる。さらに、樹脂を射出成形することによって遮光部５３を形成することができる。

また、本実施の形態において、レンズアレイ５０はマイクロレンズ５２を直線上に配設し、２列を千鳥状に配設するようになっているが、マイクロレンズ５２を１列に配設したり、複数配設したりすることができる。

そして、本実施の形態においては、遮光部５３は、二つのレンズ板５１ａ、５１ｂ間に配設されるようになっているが、遮光部５３を、レンズと光源との間に配設したり、レンズと結像面との間に配設したりすることができる。

さらに、本実施の形態においては、前記発光部４１に発光素子としてＬＥＤ素子を複数配置したＬＥＤアレイを使用するようになっているが、例えば、発光素子として有機ＥＬを使用することができる。また、プリンタの記録ヘッドとして半導体レーザを使用したり、蛍光灯、ハロゲンランプ等の光源に液晶素子によって構成されたシャッタを併用した記録ヘッドを使用したりすることができる。

本実施の形態におけるレンズアレイ５０を、所定の位置に光線を照射する照明装置、所定の位置に紫外線を照射する紫外線照射装置等に使用したり、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のバックライトユニットに使用したりすることができる。

そして、本実施の形態におけるレンズアレイ５０を、発光部４１の結像像を所定の位置に形成し、画像、文字等を表示する表示装置に使用したり、液晶プロジェクタの光学系又はＤＭＤ（ディジタル・マイクロ・ミラー・デバイス）を使用したライトスイッチ式プロジェクタの光学系に使用したりすることができる。

さらに、本実施の形態におけるレンズアレイ５０は、画像、文字等を読み込むスキャナに使用したり、複写機、ファクシミリ等の読取装置に使用したり、指紋、静脈等を読み取る生態認証装置の読取装置に使用したり、物体の形状又は位置を感知するセンサ等に使用したりすることができる。なお、５３ａは櫛形部材、５３ｂは仕切板である。

次に、前記構成のレンズアレイ５０の動作について説明する。

図９は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの光路を示す図である。

なお、図においては、発光部４１（図８）中の発光点Ｓ、前記レンズアレイ５０中のマイクロレンズ５２のうちマイクロレンズＭＬ_i1、ＭＬ_i2、ＭＬ_o1、ＭＬ_o3、ＭＬ_o4、遮光部５３、及び感光体ドラム１１だけを示す。

また、発光点Ｓ、及び該発光点Ｓのレンズアレイ５０による結像像Ｅを示し、発光点Ｓと結像像Ｅとの間の光線の光路を示す。そして、光路の最短距離を示す主光線をＲ₁ とし、各マイクロレンズＭＬ_i1、ＭＬ_o1の最も外側の経路を示す周辺光線をＲ₂ 、Ｒ₃ とする。さらに、前記結像像Ｅ′は、遮光部５３のない場合の発光点ＳのマイクロレンズＭＬ_i2、ＭＬ_o3による結像像であり、Ｒ′はそのときの光線の光路を示す。

図に示されるように、発光点Ｓに最も近いマイクロレンズＭＬ_i1に入射した光線は、遮光部５３の開口５３ｃで一度集光した後、再びマイクロレンズＭＬ_o1に入射して結像像Ｅを形成する。また、マイクロレンズＭＬ_i1の隣に配置されたマイクロレンズＭＬ_i2に入射した光線は、遮光部５３によって遮断され、感光体ドラム１１上には到達しない。

ここで、実施例１に対する比較例として、遮光部５３がないレンズアレイの動作について説明すると、発光点Ｓから出射した光線のうちの、発光点Ｓに最も近いマイクロレンズＭＬ_i1に隣接して配設されたマイクロレンズＭＬ_i2に入射した光線は、光路Ｒ′に示されるように進み、感光体ドラム１１上の結像像Ｅ′に到達する。そして、発光点Ｓの結像像は本来、結像像Ｅに形成されなければならず、結像像Ｅ′に到達した光線は、感光体ドラム１１上に形成された発光部４１の結像像Ｅのコントラストを低下させる。

また、本実施の形態におけるＬＥＤヘッド２３において、結像像Ｅの解像度を示すＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：振幅伝達関数）を測定したところ９１〔％〕であった。なお、５１ａ、５１ｂはレンズ板である。

図１０は本発明の第１の実施の形態における光量分布を示す図である。なお、図において、横軸に結像点を、縦軸に光量を採ってある。

ＭＴＦは、ＬＥＤヘッド２３（図３）の結像像の解像度を表し、ＬＥＤヘッド２３中で点灯しているＬＥＤ素子による結像像の光量のコントラストを示す。そして、１００〔％〕が結像像の光量のコントラストが最も大きく、ＬＥＤヘッド２３としての解像度が高いことを示し、小さいほど光量のコントラストは小さく、ＬＥＤヘッド２３としての解像度は低い。

前記ＭＴＦは、図に示されるように、結像像の光量の最大値をＩ_max とし、隣り合う二つの結像像間の光量の最小値をＩ_min としたとき、
ＭＴＦ＝（（Ｉ_max −Ｉ_min ）／（Ｉ_max ＋Ｉ_min ））×１００〔％〕
のように定義される。

なお、ＭＴＦ及び光量の測定においては、ＬＥＤヘッド２３のレンズアレイ５０の結像面側（感光体ドラム１１側）の端面から距離Ｌ_I 〔ｍｍ〕離れた位置の結像像を顕微鏡デジタルカメラによって撮影し、撮影画像から発光部４１の結像像の光量分布を解析してＭＴＦ及び光量を算出した。

そのために、解像度が１２００〔ｄｐｉ〕のカラーのＬＥＤプリンタのＬＥＤヘッド２３に実施例１のレンズアレイ５０を実装し、ＬＥＤヘッド２３において、１〔インチ〕（約２５．４〔ｍｍ〕）当たり１２００個配列されたＬＥＤ素子を一つおきに発光させた状態において、複数のＬＥＤ素子について測定した値の最大値Ｉ_max 及び最小値をＩ_min を測定した。また、光量の測定においては、ＬＥＤヘッド２３のＬＥＤ素子をすべて発光させ、各発光部４１について測定した値の平均値から算出して測定した。

ところで、前記カラーのＬＥＤプリンタを用いて評価を重ねた結果、ＭＴＦが７０〔％〕以上である場合、用紙上に形成された画像中、濃度が濃い領域の濃淡斑、筋、ざらつき等による画像品位の低下が解消されることが明らかとなっている。

そして、実施例１におけるレンズアレイ５０を使用して画像を形成した結果、濃淡斑、筋、ざらつき等による画像品位の低下はなかった。

図１１は本発明の第１の実施の形態における１２００〔ｄｐｉ〕１×１画像を示す図である。

図に示されるように、プリンタの画像の評価は、縦方向及び横方向において１２００〔ｄｐｉ〕のドットマトリックス上において、縦方向及び横方向において、一つ置きに６００〔ｄｐｉ〕でドットを形成することによって画像を形成し、画像品位を評価した。なお、一つ置きにドットを形成することによって、図に示されるように、前記ドットマトリックスにおいて、縦方向及び横方向において、実印字ドットと空きドットとが交互に形成される。

そして、前記カラーのＬＥＤプリンタを用い、実施例１のレンズアレイ５０（図４）を用いたプリンタの画像を評価したところ、濃淡斑、筋、ざらつき等は見られなかった。

このように、本実施の形態においては、遮光部５３に長空け加工を施すのではなく、櫛形部材５３ａに溝５３ｍを形成することによって遮光部５３を形成することができるので、開口５３ｃの配列間隔Ｐ_Y が小さくても、加工が容易になり、容易に開口５３ｃを形成し、遮光部５３を容易に形成することができる。

ところで、仮に、実施例１と同じ形状の開口５３ｃを有する遮光部５３の全体を射出成形によって一体に形成する場合、金型内に開口５３ｃの形状に対応する形状のピンを入れ子として配設する必要がある。実施例１において、開口５３ｃは、半径ｒ_A が０．４５〔ｍｍ〕であり、遮光部光軸方向長さｔが２．５〔ｍｍ〕である円筒形に近い形状を有するので、金型に配設されるピンは、開口５３ｃに対応する形状及び寸法になり、耐久性が低くなってしまう。したがって、わずかな数量の遮光部５３を成形した後に、ピンを新たなものと交換する必要が生じる。

ところが、開口５３ｃは、配列間隔Ｐ_Y が１．２〔ｍｍ〕にされ、２列配列されるので、Ａ４判の紙幅（２１０〔ｍｍ〕）に合うレンズアレイ５０を作成する場合、約３５０個の開口５３ｃを形成しなければならない。さらに、Ａ３判の紙幅（２９７〔ｍｍ〕）に合うレンズアレイ５０を作成する場合、約４９５個の開口５３ｃを形成しなければならない。そして、金型には開口５３ｃの数と同じ数だけのピンを配設する必要があるので、約３５０〜５００個のピンを新たなものと交換する必要が生じるので、量産性が低くなるだけでなく、コストが高くなってしまう。

これに対して、本実施の形態においては、櫛形部材５３ａを成形するための金型に開口５３ｃの形状に対応する形状の突起を形成することによって、櫛形部材５３ａを作成することができる。そして、櫛形部材５３ａに形成された突起はピンと比べて耐久性が格段に高くなるので、突起を交換する必要がない。したがって、量産性を高くすることができるだけでなく、コストを低くすることができる。

また、開口５３ｃの配列間隔Ｐ_Y の誤差を小さくすることができるので、加工精度を向上させることができる。したがって、開口５３ｃをマイクロレンズ５２の位置に合わせて正確に形成することができる。その結果、レンズアレイ５０によって解像度の高いＬＥＤヘッド２３を形成することができ、印刷データどおりの画像を用紙上に形成することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１２は本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図、図１３は本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す平面図、図１４は本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す断面図である。

この場合、遮光部材としての遮光部６３は、マイクロレンズ５２の光軸方向であるレンズアレイ５０の厚さ方向において分割される。すなわち、遮光部６３は、複数の、本実施の形態においては、三つの遮光板６３ａを積層することによって構成される。該各遮光板６３ａには２列の光透過部としての開口６３ｂが、直線上に配列間隔Ｐ_Y で、かつ、千鳥状に配設される。また、前記各遮光板６３ａの遮光部光軸方向長さはｔ′であり、開口６３ｂは、半径ｒ_A の円の一部を切り落とした形状（蒲鉾形状）を有する。すなわち、開口６３ｂは、円の中心から０．１〔ｍｍ〕離れた位置において、前記円の中心を通り、開口６３ｂの配列方向と平行な平面で切り落とした形状になる。前記遮光板６３ａ及び開口６３ｂは、光源の光線を遮光する材料によって形成される。また、本実施の形態において、各遮光板６３ａの遮光部光軸方向長さｔ′は０．８〔ｍｍ〕である。さらに、遮光板６３ａは、ステンレス板金をエッチング加工し、クロム処理によって無反射コーティング層を形成することにより作成した。なお、開口６３ｂの配列間隔Ｐ_Y を１．２００〔ｍｍ〕とし、半径ｒ_A を０．４５〔ｍｍ〕とした。

本実施の形態において、前記各遮光板６３ａは、ステンレス板金を加工することによって形成されるが、光線を透過する材料の上に光源の光線を遮光する遮光材料によって遮光パターンを形成したり、前記レンズ板５１ａ、５１ｂの一部に遮光材料によって遮光パターンを形成したり、前記レンズ板５１ａ、５１ｂの一部に粗面加工を施して光線を遮光したりすることができる。さらに、前記レンズ板５１ａ、５１ｂの一部を切り落として光線の一部が入射しないようにすることができる。

このように、本実施の形態においては、遮光部６３が遮光部光軸方向長さｔ′の遮光板６３ａを積層することによって形成されるので、遮光部光軸方向長さｔの貫通穴を形成する必要はなく、遮光部光軸方向長さｔ′の各遮光板６３ａに貫通穴を形成すればよいので、遮光部６３の量産性を高くすることができるだけでなく、コストを低くすることができる。

ところで、仮に、実施例２と同じ形状の開口６３ｂを有する遮光部６３の全体を、板金を使用してエッチングによって形成しようとすると、開口６３ｂは、半径ｒ_A が０．４５〔ｍｍ〕であり、遮光部光軸方向長さｔ′が２．５〔ｍｍ〕である円筒形に近い形状を有するので、エッチング加工をするのが困難になってしまう。

すなわち、エッチング加工においては、板金の表面から内部に向かって金属が溶解して除去されるので、板金に貫通穴を形成するに当たり、貫通穴の開口径に比べて厚さが大きい場合には、厚さ方向の中央部で開口が小さくなるか、又は厚さ方向の中央部で開口が形成されず、精度良く貫通穴を形成することができない。

これに対して、本実施の形態においては、遮光部光軸方向長さｔ′が０．８〔ｍｍ〕であり、貫通穴の開口径に比べて厚さが小さいので、所望の形状の貫通穴を形成することができる。なお、各遮光板６３ａを貼り合わせて遮光部６３を形成した場合、接着剤等の分だけ厚さが大きくなるので、遮光部光軸方向長さｔ′は、遮光部光軸方向長さｔを遮光板６３ａの数で除算することによって得られた値よりわずかに小さくした。

したがって、量産性を高くすることができるだけでなく、コストを低くすることができる。

また、複数の遮光板６３ａを積層することによって遮光部６３が形成されるので、レンズアレイ５０の強度を向上させることができる。

また、開口６３ｂの配列間隔Ｐ_Y の誤差を小さくすることができるので、加工精度を向上させることができる。したがって、開口６３ｂをマイクロレンズ５２の位置に合わせて正確に形成することができる。その結果、レンズアレイ５０によって解像度の高い露光装置としての、かつ、記録ヘッドとしてのＬＥＤヘッド２３を形成することができ、印刷データどおりの画像を用紙上に形成することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、前記第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１５は本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図、図１６は本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの断面図、図１７は図１６のＢ−Ｂ断面図、図１８は本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す第１の平面図、図１９は本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す第２の平面図である。

この場合、遮光部材としての遮光部７３は複数の、本実施の形態においては、二つの透明板７３ａを積層することによって形成される。該各透明板７３ａには、レンズ板５１ａ、５１ｂと対向する面に、光線を遮光する遮光パターン７３ｂが、遮光部７３の光軸方向における中央付近、すなわち、互いに透明板７３ａ同士が対向する面に、光線を遮光する遮光パターン７３ｄが形成され、前記遮光パターン７３ｂに、第１の開口である光透過部としての透明部７３ｃが、遮光パターン７３ｄに第２の開口である光透過部としての透明部７３ｅが形成される。前記透明部７３ｃ、７３ｅは、円の一部を削除した蒲鉾形状を有し、直線上に配列間隔Ｐ_Y で、２列千鳥状に配設される。また、前記透明板７３ａの厚さはｔ″であり、透明部７３ｃの半径はｒ_A1であり、透明部７３ｅの半径はｒ_A2である。本実施の形態においては、光軸方向における中央部の透明部７３ｃは、マイクロレンズ５２の近傍の透明部７３ｃより小さくされ、半径ｒ_A1、ｒ_A2は、
ｒ_A1＞ｒ_A2 にされる。本実施の形態において、配列間隔Ｐ_Y は１．２〔ｍｍ〕であり、半径ｒ_A1は０．４５〔ｍｍ〕であり、半径ｒ_A2は０．３〔ｍｍ〕である。また、透明板７３ａの厚さｔ″で表される遮光部光軸方向長さは１．２５〔ｍｍ〕である。

前記透明部７３ｃは、図１８に示されるように、半径がｒ_A1の円と円の中心から０．１〔ｍｍ〕離れた箇所において、透明部７３ｃの配列方向と平行な直線で囲まれた形状を有し、前記透明部７３ｅは、図１９に示されるように、半径がｒ_A2の円と円の中心から０．１〔ｍｍ〕離れた箇所において、透明部７３ｅの配列方向と平行な直線で囲まれた形状を有する。

前記各透明板７３ａは光源の光線を透過する材料から成る部材、本実施の形態においては、ガラス板で形成され、遮光パターン７３ｂ、７３ｄは光源の光線を遮光する材料、本実施の形態においては、黒色塗料によって形成される。なお、前記遮光部７３は、光源の光線を遮光する板状の部材に開口を形成することによって形成することができる。

一方、本実施の形態におけるレンズアレイ５０の効果を検証するために作成した比較例のレンズアレイにおいては、透明部７３ｃの半径ｒ_A1を０．４５〔ｍｍ〕にし、透明部７３ｅの半径ｒ_A2を０．４５〔ｍｍ〕にした。

次に、前記構成のレンズアレイ５０の動作について説明する。

図２０は本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの光路を示す図である。

なお、図においては、発光部４１（図８）中の発光点Ｓ、前記レンズアレイ５０中のマイクロレンズ５２のうちマイクロレンズＭＬ_i1、ＭＬ_i2、ＭＬ_o1、ＭＬ_o3、ＭＬ_o4、遮光部７３、及び感光体ドラム１１だけを示す。

また、発光点Ｓ、及び該発光点Ｓのレンズアレイ５０による結像像Ｅを示し、発光点Ｓと結像像Ｅとの間の光線の光路を示す。そして、光路の最短距離を示す主光線をＲ₁ とし、各レンズの最も外側の経路を示す周辺光線をＲ₂ 、Ｒ₃ とする。さらに、前記結像像Ｅ′は、遮光部７３のない場合の発光点ＳのマイクロレンズＭＬ_i2、ＭＬ_o3による結像像であり、Ｒ′はそのときの光線の光路を示す。

図に示されるように、発光点Ｓに最も近いマイクロレンズＭＬ_i1に入射した光線は、遮光部７３の透明部７３ｅで一度集光した後、再びマイクロレンズＭＬ_o1に入射して結像像Ｅを形成する。一方、発光点Ｓに最も近いマイクロレンズＭＬ_i1の隣に配設されたマイクロレンズＭＬ_i2に入射した光線は、遮光部７３がない場合、光路Ｒ′に示されるように進み、感光体ドラム１１上の結像像Ｅ′に到達する。そして、発光点Ｓの結像像は本来、結像像Ｅに形成されなければならず、結像像Ｅ′に到達した光線は、感光体ドラム１１上に形成された発光部４１の結像像Ｅのコントラストを低下させる。

さらに、本実施の形態において、前記透明部７３ｃ、７３ｅの半径ｒ_A1、ｒ_A2は、
ｒ_A1＜ｒ_A2
であり、発光部４１の結像像Ｅのコントラストを低下させる光線を比較例のレンズアレイに比べて十分に遮光するので、解像度を高くすることができる。

また、透明部７３ｃの半径ｒ_A1が０．４５〔ｍｍ〕であり、透明部７３ｅの半径ｒ_A2が０．３〔ｍｍ〕である本実施の形態におけるＬＥＤヘッド２３（図３）において、ＭＴＦを測定したところ８５〔％〕であった。一方、透明部７３ｃの半径ｒ_A1が０．４５〔ｍｍ〕であり、透明部７３ｅの半径ｒ_A2が０．４５〔ｍｍ〕である比較例におけるレンズアレイにおいて、ＭＴＦを測定したところ６９〔％〕であった。

ところで、前記プリンタを用いて評価を重ねた結果、ＭＴＦが７０〔％〕以上である場合、用紙上に形成された画像中、濃度が濃い領域の濃淡斑、筋、ざらつき等による画像品位の低下が解消されることが明らかとなっている。

そして、比較例のレンズアレイを使用して画像を形成した結果、濃淡斑、筋、ざらつき等による画像品位の低下が見られたのに対して、実施例１におけるレンズアレイ５０を使用して画像を形成した結果、濃淡斑、筋、ざらつき等による画像品位の低下はなかった。

このように、本実施の形態においては、各透明板７３ａ、７３ｂに、透明部７３ｃ、７３ｅを残して遮光パターン７３ｂ、７３ｄを形成することによって遮光部７３を形成するようになっているので、遮光部７３を形成する作業を簡素化することができる。

前記各実施の形態においては、画像形成装置としてのプリンタに適用した例について説明したが、本発明を、複写機、ファクシミリ装置、複合機等に適用することができる。

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概念図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの部分断面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイと感光体ドラムとの関係を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの光路を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における光量分布を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における１×１画像を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図である。 本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図である。 本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの断面図である。 図１６のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す第１の平面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの要部を示す第２の平面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるレンズアレイの光路を示す図である。

符号の説明

１１ 感光体ドラム
２３ ＬＥＤヘッド
５２ マイクロレンズ
５３、６３、７３ 遮光部
７３ｂ、７３ｄ 遮光パターン
７３ｃ、７３ｅ 透明部

Claims (8)

1. （ａ）光軸に対して直角の方向に並べて配設された複数のレンズから成り、光軸を一致させて配設された複数のレンズ対と、
   （ｂ）該各レンズ対の間に配設された遮光部とを有するとともに、
   （ｃ）該遮光部は、所定の方向において、少なくとも二つに分割して形成されることを特徴とするレンズアレイ。
2. 前記遮光部は、レンズの配列方向に対して直角の方向で、かつ、レンズの光軸の方向に対して直角の方向であるレンズアレイの幅方向において分割される請求項１に記載されたレンズアレイ。
3. 前記遮光部は、レンズの光軸の方向であるレンズアレイの厚さ方向において分割される請求項１に記載のレンズアレイ。
4. 前記遮光部は、光源の光線を透過する部材に、透明部を残して、光源の光線を遮光する材料によって遮光パターンを形成することにより形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
5. 前記光軸の方向における中央部の光透過部は、レンズの近傍の光透過部より小さくされる請求項２又は４に記載のレンズアレイ。
6. 前記請求項１〜５のいずれか１項に記載のレンズアレイが搭載された露光装置。
7. 前記請求項６に記載の露光装置が搭載された画像形成装置。
8. （ａ）ＬＥＤアレイと、
   （ｂ）該ＬＥＤアレイと像担持体との間に配設されたレンズアレイとを有するとともに、
   （ｃ）該レンズアレイは、光軸に対して直角の方向に並べて配設された複数のレンズから成り、光軸を一致させて配設された複数のレンズ対、及び該各レンズ対の間に配設された遮光部を備え、
   （ｄ）該遮光部は、所定の方向において、少なくとも二つに分割して形成されることを特徴とするＬＥＤヘッド。

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